光模块测试技术

第五节 光交换技术
1.5.1 光交换技术种类 为了更大限度地发挥光通信技术的特点，人们在不断提高独立器件性能的同时， 逐步在通信技术上发展。 产生了多种光分割复用技术：空分、时分和波分。 1.5.2 空分光交换技术（ 空分光交换技术（SDPS） SDPS） 空分光交换技术就是在空间域上对光信号进行交换，其基本原理是将光交换元 件组成门阵列开关，并适当控制门阵列开关，即可在任一路输入光纤和任一输出光 纤之间构成通路。 空分光交换的功能是使光信号的传输通路在空间上发生改变。
a b c d e f g h SW1 SW2 1 2 3 4 5 6 7 8
图四 空分光交换方式
1.5.3 时分光交换技术（ 时分光交换技术（TDPS） TDPS） 时分光交换是针对时分复用的一种光交换方式,采用时隙互换原理实现交换.
图六 时分光交换方式
图五 PON网络结构
1.5.4 波分光交换技术（ 波分光交换技术（WDPS） WDPS） 波分（频分-FD）光交换技术，是为了使若干独立信号能在一条公共光通路上传 输，而将其分别配置在分立的波长上的复用。 波分复用(WND)是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发 送端经复用器（亦称合波器，Multiplexer）汇合在一起，并耦合到光线路的同一根 光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器（亦称分波器，Demultiplexer）将 各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一 根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
激光器 光信号输出 电信号 驱动器 输入 光纤
图五 激光器直接调制方式 2.4.3 外调制方式 主要利用晶体旋光特性，实现的几种外调制。 1. 横向线性光电效应相位调制;
激光源 调制器 光信号输出 电信号输入 光纤
2. 横向线性光电效应幅度调制； 3. 相位调制器； 4. 马赫-曾得尔幅度调制器. 图六 激光器外调制方式
第一节
光通信发展史
1.1.1 探索时期的光通信 中国古代边疆守卫，使用“烽火台”报警；船舶之间使用旗语交流信息； 以及后期望远镜的发明，对目视光通信传播距离上的拓展。 1880年，美国人贝尔(Bell) 发明了“光电话”。 1960年，美国人梅曼(Maiman) 发明了第一台红宝石激光器。 同期，美国麻省理工学院利用 He-Ne 激光器和 CO2 激光器进行了 大气激光通信试验。 1.1.2 现代光通信 1966年，英籍华裔高锟和霍克哈姆发表论文，指出利用光纤进行 信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信—光纤通信的基础。 1970年，美国康宁公司研制成损耗20dB/km的石英光纤；1972年 4dB/km。 1973年，贝尔实验室 光纤损耗 2.5dB/km，1974年 1.1dB/km。 …… 1986年，0.154dB/km，接近最低损耗的理论值。
驱动和控制
第五节 光开关
2.5.1 光开关 光开光是一种光路控制器件，可实现控制光流、转换光路的作用。 应当具备插入损耗低、转换重复性好、开关速度快、使用寿命长等性能。 2.5.2 光开关种类 工程设备选型 1. 机械式光开关. 利用机械动作达到光开关的目的。 必须考虑 这种开关最大的优点是插入损耗小； 缺点是速度慢，易磨损，易受振动影响。 2. 固体式光开关. 利用电光效应、磁光效应及声光效应进行光开关的。 这种开关重复性好、开关速度快、可靠性高、使用寿命长、体积小可集成 缺点是插入损耗和串光性能不够理想。 3. 半导体光波导开关. 基于电光效应（电场引起折射率变化）、填充带效应以及量子限制司塔克 效应场感生折射率变化所作成的光开关 优点：损耗低、开关速度快、便于批量生产、重复性好、便于集成阵列 会在将来光通信的光交换中及光计算的光逻辑中得到极快的应用和发展.
合 波
分 波
图七 WDM 模型 以及由这些交换组合而成的结合型。
第六节 光通信网络结构
1.6.1 全光通信网络 光传输网络结构
SDH 网络
电路层 通道层 复用层段 光通道层 虚通层 虚通层 (没有)
WDM 网络 电路层 通道层 复用层段
电路层 通道层 复用层段
电路层 通道层 复用层段
光复用段层 光传输段层 物理层(光纤)
再生段层
光层
物理层(光纤)
物理层(光纤)
光模块的位置
第七节 全光通信网络
1.7.1 全光通信网络 它是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术,即数据从源节点 到目的节点的传输过程都在光域内进行,而其在个网络节点的交换则使用高可靠,大 容量和高度灵活的光交叉连接设备(OXC). 7网络优点 全光通信网络和传统通信网络相比具有下列优点： 1.全光网络可提供更大的带宽，可最大限度地利用光纤的传输容量； 2.全光网络具有传输透明性，对信号形式无限制，允许采用不同的速率、协议; 3.全光网络具有良好的兼容性； 4.全光网络具备可重构性，可以根据通信容量的需求，动态地改变网络结构， 可进行恢复.建立,拆除光波长的连接； 5.光网络层采用了较多无源光器件，省去了庞大的光-电-光转换的设备， 可大幅提升网络整体的交换速度，提高可靠性。
1.1.3 光纤通信发展经历的三个阶段 第一阶段（1966~1976 年）从基础研究到商业应用的开发时期。 实现了短波长（850nm） 低速率 （45或34Mbps）多模通信系统。 第二阶段（1976~1986 年）提高传输速率和增加传输距离为研究目的， 并大力推广应用的大发展时期。 工作波长从 850nm 发展到 1310nm 和 1550nm 1310nm 实现 140~565Mbps 无中继传输 100~50km。 第三阶段（1986~1996 年）以超大容量、超长距离为目标。 实现 1550nm 单模传输 2.5~10Gbps 传输距离 100~150km
第四节 光纤通信的发展趋势
1.4.1 光纤通信的发展趋势 1. 时分复用方式向超高速系统发展 2. 波分复用方式向密集化方向发展 （CWDM / DWDM） 3. 新型光纤不断发展 （MM / SM / FiberArray） 4. 向宽带光纤接入网方向发展 5. 新型器件和高新技术在光纤通信系统的应用 6. 全光通信网络
第二章 光纤通信器件介绍
第一节 连接器 第二节 偶合器 第三节 可调协光滤波器 第四节 调制器 第五节 光开关 第六节 光源 第七节 光电二极管
第一节 光连接器
2.1.1 连接器的概念 连接器是把光纤结合在一起,以实现光纤与光纤之间可拆卸连接的器件。 2.1.2 连接器的损耗 尽量减少连接损耗是连接器设计的基础。 1）光纤公差引起的固有损耗 2）连接器加工装配引起的外部损耗
电信号输入
光纤
光纤
激光器
激光源 调制器 光信号输出
光信号输出 电信号 驱动器
驱动和控制
输入
图二 激光器调制方式 二、 光纤线路 功能：把来自发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
基本光纤通信系统的三个重要组成部分： 三、 光接收机 功能：把光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号， 并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。 组成部分：光检测器、放大器和相关电路组成。 光检测器种类：PIN 光电二极管（PIN-PD）、 雪崩光电二极管（APD）
基本光纤通信系统的三个重要组成部分： 一、 光发射机 功能：将输入电信号转换为光信号，并用偶合技术把信号最大限度地注入光纤。 组成部分：光源、驱动器和调制器。 电/光 或 E/O 转换 光源种类：半导体发光二极管LED、半导体激光二极管LD、 单纵模分布反馈激光器 DFB 以及 固体激光器 … 直接调制、间接调制
T型
图二 T型光偶合器
方向
2.星型耦合器是一种NxN耦合器. 它的功能是把N根光纤输入的光功率组合在一起,并均匀分配给N根输出光纤. λ1 λ1 + + λN
λN
星型
图三 星型光偶合器
波分
第三节 可调谐光滤波器
2.3.1 可调谐光滤波器 电子滤波器是从包含多个频率分量的电子信号中提取出所需要频率的信号,让其 通过的滤波器叫带通滤波器,阻止其通过的叫带阻滤波器. 可调谐光滤波器是一种波长(或频率)选择器件,它的功能是从许多不同频率的输 入光信号中,选择出一个特定频率的光信号. 2.3.2 可调谐光滤波器的基本功能
第六节 光源
2.6.1 半导体激光器 半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射， 再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。 激光，英文名LASER 受激辐射的光放大 （Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
纤芯尺寸失配
数字孔径失配
纤芯不同心
折射率分布失配
端面间隙
轴向倾角
横向偏移
菲涅尔反射
端面粗糙
PC
APC
图一 连接损耗的机理
第二节 光偶合器
2.2.1 偶合器 耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出. 2.2.2 偶合器的种类 1.T型偶合器是一种三端耦合或2x2耦合器. 它的功能是把一根光纤输入的光功率分配给两根光纤.
第二节 光纤通信系统组成
1.2.1 光纤通信基本概念 光纤通信基本概念：光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 光导纤维简称为光纤，是一种传输光波信号的一种介质。 光纤传输原理：光纤对光能量的束缚能力，能使光能量沿光纤传输。 （可以简单理解为光的全反射） 1.1.2 光纤通信系统
图一 光纤通信系统示意图
P P(N) P
光/电 或 O/E 转换
光
输出光电流I
O
光电流
-
+
R
暗 电 流
图三 雪崩光电二极管原理
0
反向偏压U
UB
第三节 光纤通信的特点及应用
1.3.1 光纤通信的特点 光纤通信有很多独特的优点： a.容许频带很宽，传输容量很大； b.损耗很小，中继距离很长且误码率很小； c.重量轻，体积小； e.泄露小，保密性能好 1.3.2 光纤通信的应用 光纤通信的各种应用可以概括如下： a.通信网 b.因特网 c.有线电视网 d.综合业务光纤接入网 d.抗电磁干扰性能好； f.节约金属材料，有利于资源合理使用
光模块测试技术
光收发一体模块测试方案讨论
宽带新品导入部 2012-05-25
课程目录
第一章 光纤通信简介 第二章 光纤通讯器件介绍 第三章 光模块组件介绍 第四章 光模块发射性能测试 第五章 光模块接收性能测试 第六章 光模块其它功能测试
第一章 光纤通信简介
第一节 光通信发展史 第二节 光纤通信系统组成 第三节 光纤通信的特点及应用 第四节 光纤通信的发展趋势 第五节 光交换技术 第六节 光通信网络结构 第七节 全光通信网络
E2
2.6.2 半导体激光器工作原理和基本结构 1. 受激辐射
E1
hf 1
hf 2
物质的原子存在许多能级，电子从高能级向低能级的跃迁产生光子. 2. 基本结构
y
电流
zx
P
P
电流
P
电流
电流
光
P
N
N
N
光
N
光 I I I （a）同质结构 （b）双异质结构 （c）掩埋双异质结构 （4）表面发射LED结构
I
2.6.3 半导体激光器主要特性 1. 发射波长和光谱特性 hf = Eg λ= hc/ Eg = 1.24/ Eg
∆fch p m(f )
调谐 滤波器
来自百度文库
P out ( f )
T( f )
f
fi
∆fs
调谐控制电压
fi
f
fi
图四 可调谐滤波器的基本功能
2.3.3 法布里法布里-珀罗滤波器
第四节 调制器
2.4.1 调制器 调制器有直接调制和外调制两种方式. 前者是信号直接调制光源的输出光强;后者是信号通过外调制器对连续输出光 进行调制.直接调制是激光器的注入电流直接随承载信息的信号而变化. 2.4.2 直接调制方式
单纵模输出光谱 相 对 光 强 多纵模输出光谱
830
840
850
860
870
波长/nm
镓铝砷-镓砷（GaAlAs-GaAs) 材料适用于 850nm 波段 铟镓砷磷-铟磷（InGaAsP-InP）材料适用于 1300~1550nm 波段
2.6.3 半导体激光器主要特性 2. 转换效率和输出光功率特性 激光器的光功率特性，通常用P-I曲线表示。 P 和 I 分别为激光器的输出光功率和驱动电流。 Ith 为阈值电流点， SE 通常称为斜效率。